Что такое затвор камеры и для чего он нужен?

Ни на что не похожий, и при этом столь знакомый современному человеку – звук срабатывания затвора (Shutter) камеры. Этот звук стал настолько узнаваемым, что стал синонимом фотографии, его стали имитировать на цифровых аналогах и мобильных телефонах электронным образом. А задумывались ли вы о том загадочном процессе, который стоит за этим звуком? 

Работа затвора в зеркальной фотокамере

Существуют три основных составляющих затвора в фотокамере: зеркало, нижняя шторка и верхняя шторка. Когда вы смотрите через видоискатель, так называемых зеркальных камер, вы по сути, видите изображение непосредственно с объектива проходящее через группу зеркал. При нажатии на спуск затвора, зеркало приподнимается на короткое время для того, чтобы свет попал на матрицу/плёнку. Именно поэтому в видоискателе пропадает картинка, - в этот момент он становится тёмным. 

После того, как зеркало поднимется вверх небольшая шторка начинает движение сверху вниз, обнажая матрицу/плёнку, находящуюся за ней. После этого, еще одна шторка выпадает вниз, закрывая матрицу/плёнку целиком. В зависимости от установленной выдержки этот процесс может меняться во времени. Иной раз он может быть очень быстрым.

Итак - вторая шторка закрывает матрицу, зеркало падает вниз, возвращаясь на прежнее место, шторки занимают исходное положение. Всё это действие, от момента поднятия зеркала до его возвращения, и есть цикл срабатывания затвора. 

Графический пример одного цикла для зеркальных камер

Работа затвора без зеркальной фотокамеры

В отличии от зеркальных фотоаппаратов, в без зеркальных - отсутствует система зеркал, или пента призма. Собственно, поэтому такой тип фотокамер и называют без зеркальными. Матрица в таких аппаратах все время подвергается воздействию света, проходящего через объектив. По этой причине в без зеркальных фотокамерах используется либо ЖК экран, либо электронный видоискатель.

Как только пользователь нажимает кнопку спуска затвора, нижняя шторка поднимается вверх чтобы закрыть матрицу. Затем, эта же шторка начинает опускаться, и в этот момент происходит экспонирование. Далее опускается вторая шторка и закрывает матрицу. После того, как вторая шторка закроет матрицу, экспонирование завершается, а шторки возвращаются в исходное положение. 

Графический пример одного цикла для без зеркальных камер

Нужен ли механический затвор?

До эпохи цифровых матриц, очень важно было оснастить камеру затвором. Связанно это было с тем, что пленку невозможно просто включить, а затем выключить. Фотопленка и кинопленка весьма чувствительны к свету и любое, даже короткое световое воздействие на неё чревато последствиями. Конечно, в настоящее время технологии позволяют вовсе обходиться без механического затвора в камерах определенной категории.

Классическим примером подобных, без затворных аппаратов, являются фотокамеры пользовательского класса - карманные аппараты и мобильные телефоны. Камеры такого рода обычно более шумные, чем их классические аналоги. Связанно это с тем, что в таких камерах постоянно подается питание на матрицу. Также надо учитывать, что чем выше значение ISO, тем более шумным будет изображение, причем относится это к любым типам фотоаппаратов. 

Скорее всего в ближайшем будущем, технологии позволят получать профессионального качества изображение, используя камеры без затворов, однако на данный момент, они еще далеки от профессионального качества.

Механизм работы затвора при съемке видео

Механизм работы затвора для видео съемки, сильно отличается от принципов работы затвора при фотографии. Связанно это с тем, что обычная фотокамера, способна активировать механизм затвора, приблизительно шесть раз в секунду. Механизм срабатывания просто слишком медленный для видео, в котором обычно записывается 25 или 30 кадров в секунду. Поэтому, шторки и механизмы зеркал, все время находятся в открытом состоянии. Затвор же реализован, на основе регулировки времени считывания информации с матрицы. Это и есть электронный затвор. Выдержка же, определяется временем, между сбрасыванием матрицы и моментом считывания с неё информации. Соответственно, матрица обнуляется после каждого кадра.

Что такое Global Shutter?

Возможно название намекает на то что это один из типов затвора, но на самом деле взаимодействие Global Shutter и матрицы очень важный момент. Когда речь заходит о матрице видеокамеры, существует два основных типа матриц, о которых необходимо знать – CMOS и CCD.

CMOS - КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) матрица, наиболее распространена в категории полупрофессиональных камер. И надо признать, они весьма проблематичны. Связано это с принципом работы КМОП матрицы. Она считывает информацию с пикселей двигаясь от верхнего левого угла, к нижнему правому. Это и создаёт проблему, так как, если объект съемки движется быстро в момент съемки, то на выходе получаем искаженное изображение. В таких условиях, Rolling Shutter (так это обозначается), создает эффект «желе», являющийся браком, если говорить с профессиональной точки зрения. И эффект этот особо проявляется при съемке видео.  
            

Другой тип матрицы - CCD - ПЗС (прибор с зарядовой связью), записывает кадр целиком. Это и есть, так называемый Global Shutter. Принцип работы Global Shutter схож с работой плёночного фотоаппарата - кадр записывается целиком, тем самым исключается деформация изображения. Таким образом Global Shutter выдает более реалистичное и качественное изображение.

Что такое Обтюратор?

Обтюратор (фр. obturateur, от лат. obturo — закрываю) — механическое устройство, для периодического перекрывания светового потока. Этот тип затвора используется в кинокамерах. Как известно, пленочная кинокамера записывает 24 отдельных кадра в секунду, это значит, что 24 раза в секунду пленка подвергается воздействию света. В результате мы получаем иллюзию движения. При съемке видео, затворы, описанные выше в этой статье, невозможно использовать, так как они слишком сложны, для реализации 24 раза в секунду. По этой причине и был разработан обтюратор.

Затвор этот, очень похож на вентилятор. Распложён он внутри корпуса камеры и вращаясь закрывает, либо открывает световой поток к плёнке или матрице. Процесс состоит из трех этапов: пока диск перекрывает свет, пленка устанавливается на позицию, далее диск открывается - происходит экспонирование, на заключительном этапе диск закрывает кадр. Этот процесс повторяется 24 раза за секунду.

В современных камерах реализована возможность, точно подобрать значение скорости затвора. Но в случае с классическими пленочными камерами, вам придется рассчитывать выдержку самостоятельно. Существует понятие угла выдержки (смотри рисунок), соответственно, оператор вычисляет скорость затвора учитывая два параметра, угол затвора и частоту кадров. 

Для примера, если вы работаете с пленкой, и запись ведется на скорости 24 кадра в секунду, а значение угла затвора равно 180°, то скорость затвора будет 1/48, или два раза 24. Следующая картинка поможет понять вам этот процесс.

Нередко производители кинокамер высокого класса указывают скорость затвора в углах, к тому же, существует большое количество интернет ресурсов, которые более детально и точно описывают механизм работы и вычисления скорости затвора, для плёночных камер. 

Затвор-диафрагма

Затвор-диафрагма, или диафрагменный затвор — центральный затвор, максимальная степень раскрытия лепестков которого регулируется, за счёт этого затвор одновременно выполняет и роль диафрагмы. Располагается такого рода затвор в группе линз, в объективе. 

Подобного рода затвор редкость в повседневной жизни, так как объективы с диафрагменным затвором чаще всего используются в профессиональных фотокамерах среднего формата. Связанно это с тем, что диафрагменный затвор позволяет работать на более высоких скоростях синхронизации вспышки (до 1/16000). Такого рода объективы не производятся автоматизировано, они собираются вручную, поэтому и цена на них довольно высока.

Затвор фотокамеры в действии

Следующая видео подборка иллюстрирует в замедленном действии, работу затвора в различных фотокамерах. Обратите внимание как сказывается это действие на камере, странно что шторки не ломаются чаще.

Nikon D4 (зеркалка/DSLR)

Canon 7D (зеркалка/DSLR)

Fujifilm x-PRO1 (без зеркалка)

Источники информации: www.wikipedia.org, www.premiumbeat.com, www.directordefotografia.com, www.crewscontrol.com, www.pro.sony.com.

Георгий Очигава

Компания VideoRepublic.ru